Ressourceneffizienz

2. WIR BAUEN RESSOURCENEFFIZIENTE PRODUKTIONSMETHODEN WEITER AUS.

Der dauerhafte Zugang zu Rohstoffen ist Betriebsgrundlage der Kalkindustrie.

Weil diese Rohstoffe endlich sind und die Abbauflächen im lokalen Umfeld häufig mit anderen Flächennutzungsinteressen in Konflikt stehen, liegt es im ökonomischen und ökologischen Interesse der Kalkindustrie, so ressourceneffizient wie möglich zu produzieren. Hierbei wird Ressourceneffizienz bei den Kalkherstellern insbesondere durch zwei Themen dominiert:

  1. Optimierter Abbau und Einsatz von Rohstoffen im Produktionsprozess
  2. Steigerung der Energieeffizienz und Minderung von Treibhausgasemissionen sowie weiterer Luftschadstoffe

OPTIMIERTER ABBAU UND EINSATZ VON ROHSTOFFEN IM PRODUKTIONSPROZESS

Neue ressourcenschonende optische Sortierung (vgl. 32)

Sorgfältige Abbauplanung, optimale Nutzung des Vorkommens und ressourcenschonender und -effizienter Einsatz

Die Mitgliedswerke des BVK legen alle Anstrengungen darauf, dass jedes Vorkommen durch sorgfältige Abbauplanung optimal genutzt wird. Dabei gilt: So viel Vorkommen wie nötig und so wenig wie möglich abzubauen. Die natürlichen Ressourcen für alle Produkte und Produktionsprozesse werden so schonend, umsichtig und effizient wie möglich eingesetzt. Was früher verworfen wurde, wird heute verwertet. So werden beispielsweise für die Kalkherstellung nicht nutzbare Nebenprodukte (z.B. Lehm, Schlämme) abgesiebt und einer Weiterverwertung zugeführt.

UMGANG MIT WASSER

Der im Tagebau gewonnene Kalkstein ist durch anhaftende Materialien, die den Brennprozess stören und zu Verunreinigungen der Kalkprodukte führen, belastet. Aus diesem Grund muss ein Teil der Kalksteine vor dem Einsatz im Ofen von den Verunreinigungen befreit werden. Die Reinigung der Kalksteine wird in einer Waschanlage durchgeführt.

Bei der Reinigung der Rohsteine von anhaftenden, lehmigen und tonigen Bestandteilen entstehen Waschwässer. Der Waschwasserbedarf beträgt je nach Anteil an Verunreinigungen 0,5–2 m3/t Rohstein. Das Waschwasser enthält 50–200 ml/l absetzbare Stoffe, dies entspricht einem Feststoffanteil von 5–20 g/l.

Die für die Rohsteinwäsche benötigten Wassermengen werden aus Oberflächengewässer und Grundwasserabsenkungen während des Abbaus gewonnen. Zusätzlich können auch Niederschlagswasser und Wässer aus Brunnen eingesetzt werden. Die Waschwässer sind ausschließlich mit absetzbaren Stoffen belastet.

Stand der Technik zur Abtrennung der abfiltrierbaren Stoffe sind:

  • Absetzbecken, die später der natürlichen  Rekultivierung überlassen werden
  • Entwässerung mittels Filterpresse

Das aus beiden Systemen gereinigte Abwasser wird wieder in den Waschprozess zurückgeführt.

Aus der Behandlung im Eindicker und nach maschineller Entwässerung fallen Filterkuchen mit 10–20% Restfeuchte an, die in folgenden Bereichen verwertet werden:

  • Rekultivierung oder Abdeckung von Altlasten, z.B. saure Böden
  • Zementindustrie
  • Landwirtschaft als Rückstandskalk

Zusammenfassung des Fließschemas:

  • Das zum Waschen benötigte Wasser wird bei der Sümpfung im Tagebau, aus Oberflächenwasser und Brunnen gewonnen
  • Der Feststoffanteil wird entweder in ein Absetzbecken oder über eine Filterpressenanlage abgeschieden
  • Nur die Verlustmengen, ca. 15 % müssen ersetzt werden
  • Die Feststoffe werden in ein Absetzbecken geleitet oder verwertet

UMGANG MIT ENERGIE

Mit einem Energiekostenanteil an der Bruttowertschöpfung von 40 Prozent gehört die Kalkindustrie zu den energieintensiven Branchen.

Die Branchen Baustoffe – vor allem mit Kalk und Zement –, Chemie, Glas, Nichteisen-Metallen, Papier und Stahl stehen am Anfang der Wertschöpfungskette und nehmen als Energieintensive Industrien eine Schlüsselposition ein.

Um Aluminium, Kupfer und Zink, Dämm- und Kunststoffe sowie Grundchemikalien, Papier und Karton, Glas, Glasfasern, Stahl, Beton, Baustoffe, Gips und Keramik herzustellen, wird viel Energie benötigt.

Die Energieintensiven Industrien bilden den Kern unserer Volkswirtschaft. Sie erwirtschaften jährlich einen Umsatz von rund 330 Milliarden Euro – oder 18 Prozent des Umsatzes des gesamten Verarbeitenden Gewerbes. Sie investieren jährlich weit über 10 Milliarden Euro am Standort Deutschland und geben jedes Jahr über 17 Milliarden Euro für Energie aus. Um weiterhin im internationalen Wettbewerb bestehen zu können, brauchen sie eine sichere und bezahlbare Energieversorgung.

Die deutschen Kalkhersteller haben in den zurückliegenden Jahren in modernste Ofentechnologien investiert. Die Öfen der BVK-Mitgliedswerke erreichen heute Wirkungsgrade von teilweise über 80 %. Der Verbrauchsbereich vertikaler Öfen (z.B. GGR-Öfen) liegt bereits dicht am technischen Minimum. Der Wärmeverbrauch bei den horizontalen Öfen (Drehrohröfen) ist zwar höher, dafür lassen sich mit diesem Ofentyp aber auch noch kleine Korngrößen in einem breiten Kornband in größeren Mengen brennen, sodass sie die Ressourcen schonen.

Der europäische Kalkverband EuLA hat in seiner Roadmap 2050 verschiedene Zukunftsszenarios für die europäische Kalkindustrie entwickelt. Ein Modell beschäftigt sich beispielswiese mit der Umstellung sämtlicher Öfen der Branche auf GGR-Technologie.

Wie aus der obigen Grafik ersichtlich wird, würde die Energieeffizienz bei der Kalkherstellung steigen, wenn alle horizontalen Öfen (Drehrohröfen) durch vertikale Öfen (Schachtöfen) ersetzt  würden. Dabei ist die Energieeffizienz bei den GGR-Öfen (Gleichstrom-GegenstromRegenerativ-Öfen) am besten. Mit diesen lassen sich jedoch nicht alle Kalkprodukte herstellen, auch kleine Korngrößen lassen sich damit nicht brennen. Einige Calciumcarbonat-Lagerstätten liefern nur kleine Korngrößen (z.B. Kreide).

Derzeit werden 80% des in Europa gebrannten Kalks in Schachtöfen produziert (EuLA, Zahlen von 2013). Aufgrund der hohen Energiekosten und um die Emissionsrate zu reduzieren, nimmt der Anteil der Drehrohröfen auf europäischer Ebene immer weiter ab. Die obige Grafik verdeutlicht die Kosten, die bei einer europaweiten Umstellung sämtlicher Öfen auf GGR-Technologie anfallen würden.

Drehrohröfen können mit Wärmeaustauschern ausgestattet werden. Die aus dem Verbrennungsgas zurückgewonnene Wärme kann dann dazu verwandt werden, den aufgegebenen Kalkstein vorzuwärmen. Schachtöfen sind bereits mit einer Vorwärmzone ausgestattet.

ENERGIEEINSPARUNG

Durch die Verkürzung eines Drehrohrofens und Installation eines Schachtvorwärmers

2008 hat die Lhoist Germany Rheinkalk GmbH ihren langen Drehrohrofen in einen Drehrohrofen mit Schachtvorwärmer umgewandelt und konnte dadurch die Energieintensität um 23% und die CO2-Intensität um 13% senken. Die Energieintensität ist eine Kennzahl für die Energieeffizienz, die den Energieverbrauch in Bezug zum erwirtschafteten Bruttoinlandsprodukt oder zur erreichten Bruttowertschöpfung setzt. Die CO2-Intensität ist der Kohlendioxid-Ausstoß im Verhältnis zum Bruttoinlandsprodukt.

Gleichzeitig wurde die Produktionsrate um 25% gesteigert und das Verhältnis zwischen der Menge des aufgegebenen Kalksteins zu der produzierten Branntkalk-Menge nahm um 4% ab. Als industrieller Standard für Drehrohröfen gilt üblicherweise ein 2:1 Kalkstein-zu-Kalk-Verhältnis. Anders ausgedrückt: Man benötigt 2 t Kalkstein, um eine 1 t Kalk zu produzieren. Der Drehrohrofen mit Schachtvorwärmer brennt also den Kalkstein effektiver, sodass weniger Kalkstein eingesetzt werden muss, um eine vorgegebene Kalkmenge herzustellen.

Verkürzung eines Drehrohrofens bei Einbau eines Vorwärmers

OPTISCHE SORTIERUNG

Immer längere und schwierigere Genehmigungsverfahren machen es erforderlich, genehmigte Steinbrüche so lange wie möglich zu betreiben. Strengere Grenzwerte in den Produkten wirken dem entgegen und erschweren die optimale Nutzung der Lagerstätten. Darauf hat SCHAEFER KALK mit einem – in der deutschen Gesteinsindustrie noch neuen – Verfahren reagiert: der optischen Sortierung.

Bei der optischen Sortierung werden qualitative Unterschiede, die sich im Gestein in farblichen Nuancen im sichtbaren wie auch unsichtbaren Lichtspektrum zeigen, erkannt und selektiert. Dabei werden die gewaschenen Steine durch Kameras gescannt und die unerwünschten Steine mittels Luftdruckdüsen „herausgeschossen“. Aus einem vorher gemischten und somit unverwertbaren oder schlechten Haufwerk wird eine gute Qualität.

In Hahnstätten wurde für über 20 Millionen Euro eine moderne Aufbereitungsanlage mit integrierter Gesteinswäsche und optischer Sortierung gebaut. Dies ist eine sinnvolle und nachhaltige Investition in die Zukunft. Es werden Rohstoffe geschont und so die Lebensdauer der Steinbrüche erheblich erhöht. Zusätzlich wird der Energieaufwand reduziert und somit ein positiver Beitrag für die Umwelt geleistet.

Optische Sortierung bei SCHAEFER KALK

SCHICHTROLLENMÜHLE

Die Firma Calcis hat in ihrem Werk Warstein als Ersatz für die dort bisher betriebene Kugelmühle eine Horizontalschichtrollenmühle für die Feinmahlung von Branntkalk installiert. Statt durch fallende Kugeln in einem Stahlrohr von großem Durchmesser wird das Material hier zwischen zwei unterschiedlich großen, sich drehenden Stahlrollen unter hohem Druck zerkleinert. Gegenüber dem „alten“ Mahlsystem entstehen dadurch, dass nur eine Stahlrolle angetrieben wird, kaum Verpressungen von Feinmaterial im Mahlspalt, die mechanisch nachzerkleinert werden müssten. Gegenüber dem alten Verfahren (Kugelmühle) ergibt sich dadurch eine Einsparung an elektrischer Energie von ca. 30% – bei gleicher Produktqualität. Neben der massiven Energieeinsparung ergibt sich dadurch auch eine wesentliche Reduzierung der Lärmemissionen um ca. 50%. Insbesondere entfällt die Entstehung von niederfrequenten Geräuschen.

Aufstellung der Horizontalschichtrollenmühle bei Calcis

PCC-ONSITE-ANLAGE

SCHAEFER KALK betreibt die Produktion von gefälltem Calciumcarbonat (PCC) als Pigment und Füllstoff für die Papierindustrie in sogenannten Onsite-Anlagen beim Papierkunden vor Ort. Dabei wird das in der Papierfabrik freiwerdende CO2 teilweise im PCC eingebunden und entweicht somit nicht in die Atmosphäre.

Da die Onsite-Anlage mit Branntkalk anstelle von bereits gefälltem Calciumcarbonat beliefert wird, entfällt zum einen der Transport des CO2-Anteils (~40% Gewichtsanteil) vom Kalkwerk zur Papierfabrik.

Zum anderen kann erheblich Energie eingespart werden, da entweder die PCC-Suspension nicht für den Transport getrocknet werden muss, sondern direkt in den Papierprozess eingebracht wird, oder aber in den Fällen, in denen Kunden eine PCC–Suspension einkaufen, der Transport der PCC-Suspension entfällt.

STEIGERUNG DER ENERGIEEFFIZIENZ UND MINDERUNG VON TREIBHAUSGASEMISSIONEN SOWIE WEITERER LUFTSCHADSTOFFE

Eine der größten Herausforderungen nachhaltigen Verhaltens geht einher mit einer Steigerung der Energieeffizienz und der Minderung von Treibhausgasemissionen. Zur Senkung des Energieverbrauchs und zur Steigerung der Energieeffizienz haben etliche Unternehmen der deutschen Kalkindustrie Energiemanagementsysteme nach DIN EN ISO 50001 eingeführt. Das Energiemanagementsystem erfasst systematisch die Energieströme und zeigt Energieeinsparpotenziale auf.

Die konsequente Nutzung solcher Potenziale kann zur Senkung der Betriebskosten, Minderung der Umwelteinflüsse und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit beitragen. Ein Energiemanagement nimmt Einfluss auf organisatorische und technische Abläufe sowie Verhaltensweisen. So senkt es unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten den betrieblichen Gesamtenergieverbrauch (also auch die für die Produktion erforderliche Energie) und den Verbrauch von Grund- und Zusatzstoffen und verbessert kontinuierlich die Energieeffizienz im Unternehmen. Die Unternehmen lassen die Umsetzung ihres Energiemanagementsystems von unabhängigen Stellen zertifizieren. Unsere Brennbetriebe sind zu nahezu 100 % ISO 50001 zertifiziert.

ENTWICKLUNG DER OFENANZAHL IN DER DEUTSCHEN KALKINDUSTRIE

Jahr Anzahl aller Öfen
1987 142
1988 145
1989 147
1990 144
1991 138
1992 129
1993 131
1994 138
1995 152
1996 151
1997 143
1998 140
1999 136
2000 130
2001 129
2002 132
2003 137
2004 131
2005 124
2006 123
2007 125
2008 125
2009 122
2010 125
2011 125
2012 117
2013 117
2014 117
2015 118

INNOVATIVE OFENTECHNIK

Ein neuer Brennofen verbessert bei Walhalla GmbH in Regensburg nicht nur die Energie- und Kostenbilanz.

Der Clou des neuen Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Ofens: Er nutzt die Restwärme des Abgases optimal aus, bevor es über den Filter in den Kamin eingeleitet wird: Im Vergleich zu den bestehenden Ringschachtöfen sinken dadurch die Abgastemperaturen von ca. 200 °C auf 100 °C, was einer Energieeinsparung von rund 15 Prozent entspricht.

Hinzu kommen eine effektive Brennertechnik sowie geringer Verschleiß der Feuerfestauskleidung und geringe Wartungskosten. Damit ergeben sich zum einen deutlich reduzierte Betriebskosten. Zum anderen wird der brennstoffbedingte CO2-Ausstoß aus dem Brennprozess ebenfalls um rund 15 Prozent reduziert.

GGR-Ofen bei Walhalla Kalk

Der Rohstoff Kalk (CaO) ist in der Natur nicht rein vorhanden. Er wird durch Brennen von Kalkstein (CaCO3) gewonnen. Der zweite Bestandteil ist natürliches CO2. Die Kalkindustrie emittiert also zweierlei CO2:

1. Prozess-CO2 (ca. 65 % der CO2-Emissionen), das aus dem Stein gelöst werden soll. Sein Anteil ist naturgegeben nicht änderbar.

2. Verbrennungs-CO2 (ca. 35 % der CO2-Emissionen), das durch den Energieeinsatz beim Brennen frei wird. Sein Anteil ist vom eingesetzten Brennstoff abhängig.

Je Tonne CaO werden 1,2 Tonnen Treibhausgasemissionen emittiert, wovon zwangsweise und nicht minderbar 785 kg CO2 aus dem Mineral CaCO3 freigesetzt werden. Dieser Anteil kann aufgrund der chemischen Zusammensetzung des CaCO3 nicht verringert werden. Verbleibende Potentiale zur CO2-Reduktion werden aber erschlossen. Sie könnten sich noch durch Brennstoffumstellung auf Gas oder Biomasse ergeben. Umfangreiche Entwicklungsarbeiten sind hierbei notwendig, da die Brennstoffauswahl nicht nur von den technischen Möglichkeiten, von wirtschaftlichen und ökologischen Erwägungen abhängt, sondern maßgeblich durch das angestrebte Endprodukt bestimmt wird. Der brennstoffabhängige Temperaturverlauf und die Dauer des Brennprozesses beeinflussen ganz entscheidend die Produktqualität. Je nach Brennprozess unterscheiden sich die Kristallitgröße, das Porenvolumen, die spezifische Oberfläche und die Reaktivität des erzeugten Branntkalks.

Quelle: A Competitive and Efficient Lime Industry - Technical report by Ecofys; 2015

Eine entscheidende Verbesserung der CO2-Bilanz bei der Kalkherstellung aber wären die Speicherung (Carbon Capture and Storage – CCS) und die Wiederverwendung (Carbon Capture and Usage – CCU) von CO2. Hier bestehen zurzeit noch große Herausforderungen:

  • Die Abscheidung von CO2 ist zurzeit verfahrenstechnisch noch schwierig und wirtschaftlich nicht darstellbar
  • Zurzeit ist eine Einlagerung von CO2 in Deutschland aus rechtlichen Gründen nicht möglich. Auch besteht noch keine Akzeptanz in der Bevölkerung
  • Verfahren zur CO2-Nutzung befinden sich gerade erst in der Forschungsphase

Erste Forschungsansätze zur Nutzung von Kalkprodukten zur Einbindung von CO2 sind in der Versuchsphase. Anwendungsmöglichkeiten könnten sich beispielsweise bei der Pufferung und Sanierung von versauerten Seen, in der biologischen Abwasserreinigung oder im Bereich von Hydroponikkulturen (z.B. Optimierung der Algenzucht zur Produktion von Biokraftstoffen oder Wasserstoff als erneuerbare Energieträger) ergeben.

Die deutsche Kalkindustrie widmet sich dem Thema „CO2-freies Kalkwerk“. Ob und wann solche Verfahren tatsächlich in den Produktionsprozess eingeführt werden können, bleibt abzuwarten.

Da Kalk in erster Linie als Reagenz eingesetzt wird und in anderen Produkten aufgeht, sind etwaige Recyclingmöglichkeiten begrenzt. Sie ergeben sich aber beispielsweise bei der Herstellung von REA-Gips im Rahmen der Rauchgasentschwefelung. REA-Gips wird z.B. bei der Zementherstellung eingesetzt und den Zementen zugegeben, um die Erstarrung zu verzögern. Bei einem Wegfall von REA-Gips müsste Naturgips eingesetzt werden, was wiederum mit einem Eingriff in Natur und Landschaft verbunden wäre.

Holger Ortleb

Geschäftsführer des Bundesverbandes der Gipsindustrie und der Forschungsvereinigung der Gipsindustrie

 

AUS KALK WIRD REA-GIPS – DIES SCHONT NATÜRLICHE RESSOURCEN

Lange bevor Schlagworte wie Kreislaufwirtschaft oder Ressourceneffizienz als wesentliche Eckpunkte in die deutsche Umweltpolitik Eingang fanden, begann die Gipsindustrie, für Naturgips teilweise Sekundärrohstoffe zu verwenden. Bei den Verfahren der Entschwefelung hat sich weltweit die Kalkwäsche durchgesetzt. Hierbei wird unter Zugabe von „Kalk“ (sowohl Calciumcarbonat als auch Calciumoxid) Gips produziert. Dies geschieht meist in einem Gegenstromwäscher, dem Absorber. Heute wird in Deutschland bereits der überwiegende Teil des benötigten Primärrohstoffs Naturgips durch den bei der Entschwefelung von Kohlekraftwerken entstehenden „REA-Gips“ ersetzt. Insgesamt werden jährlich ca. 3,21 Mio. t REA-Gips (2013) in der Gipsindustrie eingesetzt und verarbeitet. Aufgrund seiner hohen Reinheit weist „REA-Gips“ eine mit dem Naturgips vergleichbare Qualität auf. Eine bessere Nutzung von und ein sparsamerer Umgang mit Rohstoffen werden dadurch möglich.

Von den ca. 4,1 Mio. t/a Naturgips, die in Deutschland gewonnen werden, verarbeitet die Gipsindustrie ca. 2,76 Mio. t. REA-Gips stellt damit über 50 % der Rohstoffversorgung der Gipsindustrie mit einem Gesamtrohstoffbedarf von derzeit knapp 6 Mio. t/a. Der prognostizierte Bedarf an Gipsprodukten für die Sanierung und den Ausbau von Gebäuden und im modernen Leichtbau wird sogar noch steigen. Die Gipsindustrie hat in den letzten dreißig Jahren bedeutende Verarbeitungskapazitäten grundstücksnah neben Kohlekraftwerken geschaffen, die nahezu ausschließlich auf dem Rohstoff REA-Gips basieren und eine Vor-Ort-Verarbeitung ohne aufwendige Transporte gestatten.

Ein Ausstieg aus der Verstromung von Kohle in Deutschland führt zu einem erheblichen Rückgang von REA-Gips. Auch der zunehmend angestrebte Einsatz von Gips aus dem Recycling von Gipsabfällen kann – selbst wenn man alle verfügbaren recyclingfähigen Mengen berücksichtigt – den Rückgang der REA-Gipsmengen bei Weitem nicht ausgleichen. Der Stellenwert des Naturgipsabbaus wird dann zukünftig wieder deutlich steigen.

Die Kalkindustrie verpflichtet sich mit Leitlinie 2, den Abbau des Vorkommens und den Einsatz von Rohstoffen weiterhin zu optimieren, die Energieeffizienz zu steigern und Treibhausgasemissionen weiter zu reduzieren. Hierzu müssen die technischen Möglichkeiten der Kalkindustrie berücksichtigt und die rechtlichen Rahmenbedingungen wettbewerbsfähig gestaltet sein, um den Industriestandort Deutschland nicht zu benachteiligen.

Unterstützungsfunktion des Bundesverbandes der Deutschen Kalkindustrie (BVK)

Der Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie unterstützt seine Mitglieder auf vielfältige Weise:

RESSOURCENEFFIZIENZ

Der Verband informiert seine Mitglieder über die aktuellen Entwicklungen zum Thema Ressourceneffizienz und steht den Werken als Plattform auf diesem Gebiet zur Verfügung.

ZERTIFIZIERUNG

Die Kölner Verbandsorganisation ist in der Lage, Energie- und Umweltmanagementsysteme zu zertifizieren und bestätigt damit die Erfolge der Unternehmen bei ihrer jeweiligen Zielerreichung.

RESSOURCENSCHONUNG

Die Forschungsgemeinschaft (FG) begleitet die Bemühungen der Industrie zur Ressourcenschonung durch entsprechende Forschungsprojekte. So ist es der Forschungsgemeinschaft gelungen, ein Simulationsprogramm zum Brennprozess der Kalksteinpartikel zu entwickeln. In einem darauf aufsetzenden Forschungsvorhaben wurde die Flammenausbreitung in Kalkschachtöfen zur Vergleichmäßigung der Qualität und zur Energieeinsparung erfolgreich untersucht.

INTERESSENSVERTRETUNG

Eine der Kernaufgaben des Verbandes ist die Interessensvertretung gegenüber Politik und Verwaltung auf nationaler und europäischer Ebene sowie gegenüber den Bundesländern. Dank verlässlicher Kommunikation und Verlässlichkeit im Handeln des Verbandes und seiner Mitgliedsunternehmen ist der BVK heute ein anerkannter Gesprächspartner auf allen politischen Ebenen. So setzt sich der BVK beispielsweise dafür ein, dass die Ausgestaltung des Emissionshandels (ETS) in Europa eine Wachstumschance für die Industrie berücksichtigt, die sich am technologischen Fortschritt orientiert.